一种经济与环境约束下点源污染消减技术的优化筛选方法与流程

技术特征：

1.一种经济与环境约束下点源污染消减技术的优化筛选方法，其特征是，包括：

步骤1，开展现状消减条件下点源污染负荷预测，即定量预测现状消减条件下，各水功能区的工业废水和生活污水中各污染物在各时刻下的入河量；

步骤2，分水功能区单元确立水质目标，倒推点源污染物的入河量控制指标要求，即水质目标约束条件，本步骤具体为：

根据不同河流的水功能区划及水质目标，基于现状水质状况，构建水环境质量模型；根据水环境质量模型，分水功能区倒推达到水质目标的约束条件，即污染物的入河量控制指标要求WG_i,k,t；对河流的水功能区，以化学需氧量和氨氮为入河量控制指标；对湖泊和水库的水功能区，以化学需氧量、氨氮、总氮和总磷为入河量控制指标；

步骤3，基于步骤1预测的入河量以及步骤2倒推的入河量控制指标要求，识别各水功能区的技术可行的点源污染消减技术集合；所述的点源污染消减技术集合包括污染物源头减排技术、污染物过程阻断技术和/或污染物末端治理技术，以及各消减技术对应的污染物去除率参数、经济特征、适用条件；

步骤4，建立水功能区单元点源污染物消减的投资约束条件，本步骤具体为：

基于统计分析与相关规划，识别区域社会经济发展的现状与未来规模，确定点源污染消减的最大可能投资规模，建立点源污染消减的投资规模与区域经济规模总量的比例，从而获得点源污染物消减投资约束KK_i,t，所述的区域经济规模总量即水功能区单元的GDP值；

步骤5，确定点源污染消减技术集合中点源各项污染消减技术的单位成本函数，点源污染消减技术的单位成本函数由点源污染消减技术的基本建设费用和运行维护费用构成；

步骤6，结合点源污染物消减投资约束KK_i,t和点源污染消减技术的单位成本函数C_i,k,t，从点源污染消减技术集合中筛选出最优的点源污染消减技术，本步骤具体为：

基于单元水质目标约束条件和单元点源污染物消减投资约束构建约束条件，从各水功能区的点源污染消减技术集合中优化筛选出各水功能区的最优点源污染消减技术。

2.如权利要求1所述的经济与环境约束下点源污染消减技术的优化筛选方法，其特征是：

步骤1中，现状消减条件下各水功能区的工业废水和生活污水中各污染物在各时刻下的入河量采用如下公式预测，其中单元即水功能区单元：

M_i,k,t＝D_i,k,t×K_i,k,t (1)

D_i,k,t＝WP_i,k,t×SP_i,k,t (2)

WP_i,k,t＝(WDP_i,t-RDP_i,t)×CW_i,k,t×10^-2+(WIP_i,t-RIP_i,t)×CW_i,k,t×10^-2 (3)

${\mathrm{CW}}_{i,k,t}=min({\mathrm{CS}}_k,\frac{({\mathrm{WDP}}_{i,t}\×{\mathrm{PDP}}_{i,k,t}+{\mathrm{WIP}}_{i,t}\×{\mathrm{PIP}}_{i,k,t})(1-L_k\×{10}^{-2})}{{\mathrm{WDP}}_{i,t}+{\mathrm{WIP}}_{i,t}})---\left(4\right)$

SP_i,k,t＝(QDP_i,t-WDP_i,t)×PDP_i,k,t+(QIP_i,t-WIP_i,t)×PIP_i,k,t (5)

式(1)～(5)中：

M_i,k,t表示i单元k污染物t时刻的入河量，单位：t/a；

D_i,k,t表示i单元k污染物t时刻的排放量，单位：t/a；

K_i,k,t表示i单元k污染物t时刻的入河系数；

WP_i,k,t表示i单元t时刻的污水集中处理厂k污染物的排放量，单位：t/a；

SP_i,k,t表示i单元t时刻的污染源中k污染物的直排量，单位：t/a；

WDP_i,t表示i单元t时刻的污水集中处理厂生活污水处理量，单位：万m³/a；

RDP_i,t表示i单元t时刻的污水集中处理厂生活污水处理后回用量，单位：万m³/a；

CW_i,k,t表示i单元t时刻的污水集中处理厂k污染物的尾水排放浓度，单位：mg/l；

WIP_i,t表示i单元t时刻的污水集中处理厂工业废水处理量，单位：万m³/a；

RIP_i,t表示i单元t时刻的污水集中处理厂工业废水处理后回用量，单位：万m³/a；

PDP_i,k,t表示i单元t时刻生活污水中k污染物的产生浓度，单位：mg/l；

PIP_i,k,t表示i单元t时刻工业废水中k污染物的产生浓度，单位：mg/l；

L_k表示污水集中处理厂k污染物的去除率，单位：％；

CS_k表示污水处理厂k污染物的排放标准，单位：mg/l；

QDP_i,t表示i单元t时刻的生活污水排放量，单位：万m³/a；

QIP_i,t表示i单元t时刻的工业废水排放量，单位：万m³/a。

3.如权利要求1所述的经济与环境约束下点源污染消减技术的优化筛选方法，其特征是：

步骤2中，所述的水环境质量模型为零维、一维或多维形式。

4.如权利要求1所述的经济与环境约束下点源污染消减技术的优化筛选方法，其特征是：

步骤2中，污染物的入河总量控制指标要求WG_i,k,t＝Min(M_i,k,t,CPT2_i,k,t)，其中：

WG_i,k,t为i单元t时刻k污染物的入河量控制指标要求，单位：t/a；

M_i,k,t为i单元k污染物t时刻的入河量，单位：t/a；

CPT2_i,k,t为i单元t时刻k污染物的水功能区纳污能力，单位：t/a。

5.如权利要求1所述的经济与环境约束下点源污染消减技术的优化筛选方法，其特征是：

步骤4中，点源污染物消减投资约束KK_i,t＝GDP_i,t·GK_i,t，其中：

KK_i,t为i单元t时刻的污染物消减投资约束，单位：万元；

GDP_i,t为i单元t时刻的区域经济规模总量，即水功能区单元的GDP，单位：万元；

GK_i,t为i单元t时刻点源污染消减的投资规模与区域经济规模总量的比例，无量纲。

6.如权利要求1所述的经济与环境约束下点源污染消减技术的优化筛选方法，其特征是：

步骤4中，点源污染消减的投资规模与区域经济规模总量的比例为0.5％-3.0％。

7.如权利要求1所述的经济与环境约束下点源污染消减技术的优化筛选方法，其特征是：

步骤5中，点源污染消减技术的单位成本函数：

$C_{i,k,t}=\frac{Dr\×{\mathrm{Inv}}_{i,k,t}\×R{(1+R)}^{Lf}}{{(1+R)}^{Lf}-1}+{\mathrm{Ope}}_{i,k,t}$

其中：

C_i,k,t为i单元t时刻消减单位量k污染物的总成本，单位：元/年；

Inv_i,k,t为i单元t时刻消减单位量k污染物的投资成本，单位：元/年；

Ope_i,k,t为i单元t时刻消减单位量k污染物的运行成本，单位：元/年；

Dr为投资成本折旧系数，单位：1/年；

R为折旧利率；

Lf为点源污染消减措技术的使用寿命，单位：年。

8.如权利要求1所述的经济与环境约束下点源污染消减技术的优化筛选方法，其特征是：

步骤6中，所述的目标函数为Max(W1_i,k,t+W2_i,k,t+W3_i,k,t)，其中：

W1_i,k,t为i单元t时刻企业达标排放实现的k污染物消减量，单位：t/a；

W2_i,k,t为i单元t时刻污水集中处理厂实现的k污染物消减量，单位：t/a；

W3_i,k,t为i单元t时刻以其他方式进一步消减实现的k污染物消减量，单位：t/a。

9.如权利要求1所述的经济与环境约束下点源污染消减技术的优化筛选方法，其特征是：

步骤6中，所述的约束条件包括：

C1_i,k,t×W1_i,k,t+C2_i,k,t×W2_i,k,t+C3_i,k,t×W3_i,k,t≤KK_i,t

$W{1}_{i,k,t}+W{2}_{i,k,t}+W{3}_{i,k,t}\≤{\mathrm{PG}}_{i,k,t}-\frac{{\mathrm{WG}}_{i,k,t}}{K_{i,k,t}}$

W1_i，k，t≤LW1_i，k，t

W2_i，k，t≤LW2_i，k，t

W1_i，k，t≥0

W2_i，k，t≥0

W3_i，k，t≥0

其中：

C1_i,k,t为i单元t时刻污水集中处理方式实现的消减单位量k污染物的总成本，单位：万元/t；

C2_i,k,t为i单元t时刻污染源达标分散治理方式实现的消减单位量k污染物的总成本，单位：万元/t；

C3_i,k,t为i单元t时刻以其他方式进一步实现的消减单位量k污染物的总成本，单位：万元/t；

W1_i,k,t为i单元t时刻企业达标排放实现的k污染物消减量，单位：t/a；

W2_i,k,t为i单元t时刻污水集中处理厂实现的k污染物消减量，单位：t/a；

W3_i,k,t为i单元t时刻以其他方式进一步消减实现的k污染物消减量，单位：t/a；

KK_i,t为i单元t时刻的污染物消减投资约束，单位：万元；

PG_i,k,t为i单元t时刻k污染物的产生量，单位：t/a；

WG_i,k,t为i单元t时刻k污染物的入河量控制指标要求，单位：t/a；

K_i,k,t为i单元t时刻k污染物的入河系数；

LW1_i,k,t为i单元t时刻企业达标排放最大可实现的k污染物消减量，单位：t/a；

LW2_i,k,t为i单元t时刻污水集中处理厂最大可实现的k污染物消减量，单位：t/a。